Biofizikos konspektas egzaminams

Biomechanika: raumenys Raumenys skiriasi savo struktūra, vieta organizme ir funkcijomis. Stuburinių raumeninis audinys yra trijų tipų: Skersaruožiai (skeleto) raumenys: Kontroliuojami valingai ir nevalingai (refleksai); Reguliuoja somatinė nervų sistema; Greitai susitraukia. Širdies raumuo: Susitraukinėja dažniausiai nevalingai; Vidutinio greičio susitraukimai. Lygieji (visceraliniai) raumenys Vidaus organų sienelėse (žarnose, skrandyje, kraujagyslėse, akyje, liaukose, odoje); Susitraukinėja automatiškai (nevalingai) – reguliuoja autonominė (vegetacinė) nervų sistema; Susitraukia lėčiau nei skersaruožiai raumenys. Lygiagrečių jėgų sistema susidaro kai visų jėgų veikimo kryptys yra lygiagrečios. Raumenys išvysto jėgą tik susitraukimo metu. Sąnariai turi po du raumenų rinkinius, veikiančius priešingomis kryptimis. Lenkiamieji raumenys mąžina sąnario kampą, o tiesiamieji raumenys – didina Raumenų funkcijos: Kūno judėjimas; Kūno padėties išlaikymas; Kvėpavimas; Kūno šilumos gaminimas; Organų ir kūno ; Širdies plakimas; Amortizacija. Raumenys gali veikti kaip: Varikliai (motors): Jie gali generuoti jėgą susitraukdami, ir tokiu būdu gaminti teigiamą galią. Stabdžiai (brakes): Judant jie absorbuoja galią. Pavyzdžiui, bėgant kai kurie raumenys sulėtina kojos mostą; Valdomos spyruoklės (controllable springs): Musių valdantieji raumenys generuoja nedidelę galią arba jos visai negeneruoja, tačiau nukreipia didesnių ir galingesnių raumenų kuriamas jėgas, taip suteikdami būdą nervų sistemai greitai keisti sparnų kinematiką, keičiant aktyvacijos sinchronizaciją. Atramos (struts): Kai kurie raumenys leidžia tamprioms sausgyslėms sukaupti ar atlaisvinti energiją. Motorinį vienetą sudaro vienas motoneuronas su aksonu ir jo aksono inervuojamos griaučių raumenų skaidulos. Į kiekvieną raumens skaidulą ateina viena motoneurono aksono atšaka. Tuo tarpu motoneuronas inervuoja nuo 20 iki 2000 raumeninių skaidulų (priklausomai nuo raumens). Nervų sistemos vystymasis baigiasi sinapsinių jungčių pertvarkymu: Vienos sinapsės yra naikinamos, Kitos sinapsės yra formuojamos. Iš esmės, vyksta sistemos gryninimas ir derinimas. Dalis motoneuronų stuburo smegenyse žūva. Pasibaigus šiam procesui, kiekvienas išlikęs neuronas įnervuoja daug raumeninių ląstelių Vykstant persitvarkymams, sistema suderinama taip, kad viena raumeninė ląstelė yra įnervuojama vieno motoneurono. Raumens susitraukimas: Susitraukimo etapai: 1) Motoneuronų sujaudinimas ir veikimo potencialo generavimas juose; 2) Veikimo potencialo plitimas motoneurono aksonu į raumens skaidulas; 3) Nervo-raumens sinapsėje veikimo potencialas sukelia acetilcholino išsiskyrimą, kuris lemia galinės plokštelės potencialo susidarymą postsinapsinėje membranoje; 4) Galinės plokštelės potencialas sukelia raumens sarkolemos veikimo potencialą, kuris plinta raumeninės skaidulos paviršiumi apie 6 m/s greičiu ir patenka į T sistemą; 5) Veikimo potencialas per T sistemą pasiekia elektrinius Ca2+ kanalus; 6) Atsidarius Ca2+ kanalams, Ca2+ jonai pagal koncentracijos gradientą difunduoja iš sarkoplazminio tinklo į sarkoplazmą, todėl didėja laisvųjų Ca2+ jonų koncentracija sarkoplazmoje; 7) Dauguma Ca2+ jonų labai greitai jungiasi su troponinu C, kurio viena molekulė gali prijungti iki 4 Ca2+ jonų. Pakinta viso troponininio komplekso erdvinė struktūra, pašalinamas slopinamasis troponino I poveikis. Tuo pat metu per troponiną T perduodamas signalas tropomiozinui, ir visas troponinotropomiozino kompleksas pasislenka į įdubimą tarp dviejų aktino grandžių ir užleidžia vietą miozino galvutei; 8) Susidaro skersiniai tilteliai tarp aktino ir miozino, kurių sukamieji judesiai sukelia sarkomerų ir visos raumeninės skaidulos susitraukimą ir jėgos didėjimą. Raumens atsipalaidavimas: Veikiant Ca2+ siurbliams, Ca2+ jonai aktyviai sugražinami į sarkoplazminį tinklą. Kai sarkoplazmoje sumažėja laisvųjų Ca2+ jonų koncentracija, tropomiozinas užblokuoja aktyviąsias aktino vietas, ir prasideda raumens atsipalaidavimas, jei tarp miofibrilių yra pakankamas ATF kiekis. Stingant ATF, skersiniai tilteliai išlieka prisijungę prie aktino. Dėl šios priežasties griaučių raumenims būdingas pomirtinis sustingimas. Refrakterinis periodas – tai trumpas laiko tarpas, kurio metu raumens ląstelės nereaguoja į stimulą. Raumens susitraukimai sumuojasi, kol gaunamas maksimalus raumens susitraukimas - tetanusas. Raumens susitraukimo jėgos priklausomybė nuo motorinių vienetų. Širdies raumenynas sudarytas iš dviejų rūšių raumenų: 1) Atliekančių mechaninį darbą; 2) Specifinių, sudarančių širdies laidžiąją sistemą, kurioje kilęs sujaudinimas patenka į darbinį širdies raumenį. Širdies raumuo: Fazė 1: Pirma depoliarizacijos fazė susidaro dėl Na+ įtekėjimo į ląstelę ir K+ ištekėjimo iš jos per kanalus, laidžius tiek Na+ tiek ir K+. Esant -60 mV, Na+ įtekėjimas viršija K+ ištekėjimą ir ląstelė depoliarizuojasi. Fazė 2: Kai ląstelė depoliarizuojasi, Na+ ir K+ jonams laidūs kanalai užsidaro ir atsidaro įtampa valdomi Ca2+ kanalai, kas sukelia Ca2+ įtekėjimą ir tolesnę depoliarizaciją. Fazė 3: Veikimo potencialo viršūnėje Ca2+ kanalai užsidaro ir atsidaro K+ kanalai. Fazė 4: Dėl K+ ištekėjimo vyksta repoliarizacija. Prie -60mV, K+ kanalai užsidaro. SANDARA: Širdies raumuo, kaip ir griaučių raumenys, yra skersaruožis (žiūrint po mikroskopu matyti šviesios ir tamsios zonos). Širdies raumens skaidulos (ląstelės) skiriasi nuo griaučių raumenų skaidulų: 1. Jos yra mažesnės, 2. Apie 1/3 jų sarkoplazminio tinklo užima mitochondrijos (didelio šių ląstelių energijos poreikio atspindys), 3. Turi mažesnį sarkoplazminį tinklą, 4. Susitraukimo sužadinimas priklauso nuo extra-ląstelinių kalcio jonų (Ca2+). Kai širdies raumuo įsitempia, jis susitraukia stipriau nei skeleto raumuo. Refrakterinis periodas – tai trumpas laiko tarpas, kurio metu raumens ląstelės nereaguoja į stimulą. Refrakterinio periodo metu atstatomas organo sugebėjimas toliau dirbti. Dėl palyginamai ilgai trunkančio refrakterinio periodo širdis negali tetaniškai susitraukti! Raumenų susitraukimo tipai: 1. Izotoninis susitraukimas: Keičiasi raumens ilgis, o tonusas nepadidėja – Koncentrinis susitraukimas: raumuo trumpėja; – Ekscentrinis susitraukimas: raumuo ilgėja; 2. Isometrinis susitraukimas: raumens ilgis nesikeičia, padidėja tik jo tonusas; Labai svarbu kūno pozai palaikyti. Pasyvus ilgėjimas: raumuo ilgėja būdamas atsipalaidavęs. Raumenų tonusas: Pastovus raumenų įtempimas ilgą laiką. Kelios raumenų skaidulos yra susitraukusios. Sukamojo judesio jėgos momentas, kurį sudaro raumens jėgos ir jėgos peties sandauga, kinta keičiant raumens ilgį ar sąnario kampą. Tai priklauso nuo šių veiksnių: 1. Sarkomero miozino ir aktino siūlelių persidengimo. 2. Raumens pasyviojo priešinimosi, kuris atsiranda ištempiant raumenį iki ilgesnio nei ramybės ilgio. 3. Raumens sukeliamos jėgos peties, t. y. trumpiausio nuotolio nuo atramos taško iki jėgos veikimo krypties. Jėgos petys kinta, keičiant sąnario kampą. Sąnario kampas, ties kuriuo įgyjamas didžiausias jėgos momentas, ne visados sutampa su raumens ramybės ilgiu, t.y. kintant raumens ilgiui, kinta jėgos momentas. 4. Raumens susitraukimo tipo. Raumens susitraukimo jėga priklauso ne tik nuo raumens ilgio, bet ir nuo jo kitimo tipo (ilgėjimo ar mažėjimo) bei kitimo greičio. Didžiausią jėgą raumuo įgyja ekscentrinio susitraukimo metu (net apie du kartus didesnę nei izometrinio susitraukimo). Didėjant rauments apkrovai, ji galų gale pasiekia tokį dydį, kada išorinė jėga, veikianti raumenį, yra didesnė nei ta jėga, kurią gali generuoti raumuo. Kalbant apie izotoninį ekscentrišką susitraukimą, reikia paminėti du dalykus: 1, Pasiekiamas absoliutus tonusas yra daug didesnis, lyginant su didžiausia tetanine jėga, kurią raumuo generuoja susitraukdamas.2, Absoliutus tonusas beveik nepriklauso nuo raumens ilgėjimo greičio. Ekscentriškas susitraukimas šiuo metu yra populiari tyrimų sritis dėl šių trijų pagrindinių priežasčių: 1) Pirma, didelė dalis raumenų normalios veiklos vyksta jiems aktyviai ilgėjant. Taigi, fiziologijoje ekscentriškas susitraukimas yra įprastas. 2) Antra, raumens pažeidimai ir skausmai beveik išskirtinai susiję su ekscentrišku susitraukimu. 3) Trečia, raumuo gali labiausiai stiprėti, kai yra naudojami pratimai apimantys ekcentriškus susitraukimus. Izometrinis susitraukimas, kurio metu raumuo yra aktyvuojamas (jo tonusas padidėja), tačiau vietoje to kad trumpėti ar ilgėti, raumens ilgis išlieka pastoviu. Taigi, izometrinis susitraukimas nesukelia judesio. Jis naudojamas: Stovint, Sėdint, Laikysenai palaikyti. Isometrinio susitraukimo metu raumens ilgis nesikeičia, padidėja tik jo tonusas. Ketvirtas raumens “susitraukimo" tipas yra pasyvus ilgėjimas . Raumenų savybės: Su(si)traukiamumas - Raumens sugebėjimas susitraukti su tam tikra jėga.Jaudrumas- Raumens sugebėjimas reaguoti į stimulą. Ištęsiamumas – Raumuo gali būti ištemptas virš jo ramybės būsenos ilgio (iki tam tikro laipsnio). Elastingumas (elasticity) – Raumenų sugebėjimas grįžti į pradinį ramybės ilgį po ištempimo. Raumens įsidirbimui būdingi du pagrindiniai mechanizmai: 1. Raumens metabolizmo suaktyvėjimas ir temperatūros didėjimas; 2. Raumens mechaninių savybių gerėjimas. Raumenų nuovargis – tai raumenų susitraukimo jėgos ir galingumo sumažėjimas. Tipai: Psichologinis- Priklauso nuo individo emocinės būsenos. Raumeninis- ATP išeikvojimo pasekmė. Sinaptinis - Vyksta nervo-raumens jungtyje dėl acetilcholino trūkumo. Raumenų nuovargis Raumenų nuovargį lemia šios priežastys:1) Medžiagų, tiekiančių reikalingą raumenų veiklai energiją, išeikvojimas; 2) Medžiagų apykaitos produktų (pieno rūgšties, fosforo rūgšties ir kreatino) raumenyse susikaupimas; 3) Acidozė – H+ kaupimasis raumeninėje skaiduloje; 4) Elektrinio signalo perdavimo sutrikimas; 5) Raumenų mechanikos sutrikimas (sarkomerų, citoskeleto irimas). Senėjimo metu vyksta šie struktūriniai ir funkciniai raumenų pokyčiai: Sumažėja raumenų masė; Padidėja raumens reakcijos į nervinį stimulą laikas; Sumažėja ištvermė; Padidėja atsistatymo laikas; Netenkama dalies raumens skaidulų (atrofija); Sumažėja kapiliarų tankis raumenyse. Raumens atrofija – tai jo silpnėjimas ir mažėjimas. Galimos raumens atrofijos priežastys: 1) Neuronų stimuliacijos netektis 2) Nejudrumas. Sinapsiniai kontaktai yra pastoviai pertvarkomi. Gali susiformuoti naujos sinapsės, o kai kurios sinapsės, susiformavusios organizmui vystantis, vėliau gali būti pašalinamos. Vienas iš svarbiausių veiksnių, lemiančių tai kad sinapsė yra pašalinama, yra jos nervinis aktyvumas. Paprastai aktyvios sinapsės yra išlaikomos, o neaktyvios sinapsės yra pašalinamos. Jei mažėja raumenų kasdienių susitraukimų, vyksta šie jų struktūros ir funkcijos pokyčiai: Mažėja mikrofilamentų masė; Blogėja nervinio impulso perdavimas sinapsėse; Mažėja Na+-K+ ir Ca2+ siurblių; Blogėja raumens tamprumas; Mažėja raumens kapiliarų bei mitochondrijų kiekis, todėl silpnėja raumens susitraukimo jėga, galingumas, didėja nuovargis. Imobilizuoto raumens masė per 3-4 savaites gali sumažėti apie 20-25% (raumens atrofija). Raumenų hipertrofija: Padidėja raumenys:;Susiformuoja daugiau kapiliarų; Susidaro daugiau mitochondrijų. Kraujotakos sistemos funkcijos: Transporto/pernašos; Tarpląstelinio ryšio; Homeostazės palaikymo; Apsauginė. Kraujotakos sistema: Sandara: Sudaro kraujagyslės (plaučių ir organizmo) ir širdis. Širdis: Keturi širdies raumenų sudaromi tūriai formuoja 2 atskirus siurblius, susidedančius iš:1 prieširdžio ir 1 skilvelio. Skilveliai yra labai raumeningi ir, kai jie susitraukia, stumia kraują lauk į plaučių arba organizmo kraujo apytakos ratus. SANDARA: Širdis : Dešinysis prieširdis per triburį vožtuvą perpumpuoja kraują į dešinįjį skilvelį; Dešinysis skilvelis varinėja kraują pro plaučių pusmėnulinį vožtuvą į plaučių kamieną, plautines venas ir plaučius. Per plaučių venas kraujas teka į kairįjį prieširdį. Kairysis prieširdis varinėja kraują pro dviburį (mitralinį) vožtuvą į kairįjį skilvelį. Kairysis skilvelis varinėja kraują pro pusmėnulinį aortos vožtuvą į aortą ir į organizmą. KRAUJOTAKOS SISTEMA. Slėgis mažėja kraujui judant nuo aortos per kapiliarus link apatinės tuščiosios venos. Kai tūris sumažėja, slėgis padidėja. Skilvelio susitraukimas sukelia slėgio padidėjimą, kuris priverčia kraują judėti (varančioji jėga).Skysčiai ir dujos juda pagal slėgio gradientą. Skysčiai, kurių klampa nepriklauso nuo greičio kitimo gradiento, vadinami niutoniniais skysčiais. Skysčiai kurių negalima aprašyti (1.1) išraiška, vadinami neniutoniniais skysčiais. Pulsas – tai banga, nueinanti žemyn arterinių kraujagyslių sienelėmis po aortos išsiplėtimo ir susitraukimo, atsirandančio dėl skilvelio sistolės. Jis lygus širdies plakimo dažniui nes į vieną skilvelio susitraukimą arterijos atsako tik vienu pulso tvinksiu. Didelės arterijos yra elastingos. Kai slėgio banga sklinda, jos: 1. Išsiplečia, tada, 2. Grįžta į pradinę būseną, ‘stumdamos’ kraują tolyn į kraujotakos sistemą. Sistolinis kraujo spaudimas susidaro varinėjant kraują į arterijas skilvelių susitraukimo metu. Diastolinis kraujo spaudimas – tai arterinis kraujospūdis skilveliams atsipalaidavus. Venų išsiplėtimas (varikozė) – tai per didelis paviršinių venų išsiplėtimas, kuris atsiranda venų vožtuvams susilpnėjus ir efektyviai nebeveikiant dėl atgalinio kraujospūdžio. Echolokacija Echolokacija tai garso atspindžio (aido) panaudojimas aplinkos įvertinimui –kliūčių nustatymui ir grobio aptikimui. Dauguma šikšnosparnių naudoja ULTRAGARSO (negirdimo žmogui) ‘garso’ impulsus, kadangi aukšto dažnio garsai (bangos) leidžia geriau išskirti objektus nei žemo dažnio garsai. Tam kad veiktų echolokacija, kiekvienas išeinantis garso impulsas turi būti užrašytas gyvūno smegenyse (atmintyje), kur jis vėliau bus palygintas su jo atspindžiu (aidu)! Kaip veikia echolokacija 1. Šikšnosparnis pasiunčia garso bangas, naudodamasis savo burna ar nosimi. 2. Kada garsas pasiekia objektą, atspindys (aidas) sklinda atgal. Dauguma šikšnosparnių echolokaciją naudoja orientuotis tamsoje ir maistui surasti. Echolokacija išsivystė tik tose gyvūnų pasaulio rūšyse, kurios: 1. Turi santykinai plačias aktyvumo erdvėje ribas (plaukikai ir skraiduoliai) 2. Praleidžia visą savo dieninį/naktinį aktyvumo laiką visiškoje (daugiau ar mažiau) tamsoje; 3. Turi stipriai išsivysčiusį garsų generavimo mechanizmą (žinduoliai ir paukščiai). Gyviems echolokatoriams priklauso: Kelios paukščių rūšys; Kai kurios žuvys; Šikšnosparniai (dauguma rūšių); Delfinai ir kai kurie banginiai; Kai kurie kirstukai. Šikšnosparniai – vienas iš gausiausių žinduolių būrių. Tai vieninteliai žinduoliai, kurie prisitaikę aktyviai skraidyti. Echolokacinius šikšnosparnių signalus gali girdėti ir žmogus, pasinaudojęs ‘šikšnosparnių detektoriais’, kurie labai aukšto dažnio signalus verčia į girdimus žmogui žemesnio dažnio garsus. (Naudojant šį metodą, pagal šikšnosparnių skleidžiamus garsus įmanoma atskirti jų rūšį.) Yra daugiau kaip 800 šikšnosparnių rūšių, kas lemia didelę garsų tipų ir jų dažnių diapazonų įvairovę. Garsai ir su jais susiję echolokacijos sistemosgali būti išskirti į tris grupes: 1. DM-tipo (angl. FM) echolokaciniai garsai; 2. Ultratrumpi echolokaciniai garsai; 3. PD/DM-tipo (angl. CF/FM) echolokaciniai garsai. Daug šikšnosparnių rūšių, pvz. tos kurios dažnai medžioja vabzdžius atviroje erdvėje naktį, skleidžia trumpus, 1-5 ms trukmės garso impulsus. Rūšys, kurios medžioja ant paviršiaus arba prie pat (labai arti) jo, tokios kaip netikras vampyras (Megaderma lyra), skleidžia plataus dažnių diapazono signalus, susidedančius iš iki 6 harmonikų ir trunkančius tik 0,2 – 1,0 ms Impulsų trumpumas užtikrina, kad aidas nuo arti esančio paviršiaus nepasieks gyvūno ausų tuo metu, kol dar yra skleidžiamas signalas. Signalo pastovaus dažnio dalis, kurios dažnis priklauso nuo konkrečios rūšies, nekinta gyvūnui artėjant prie taikinio, išskyrus tai, kad jis sutrumpėja iki 10-15 ms. Dažninės moduliacijos (FM) komponentės intensyvumas gali kisti nuo 110 dB iki 20-30 dB ir gali būti priderinamas prie konkrečių echolokacinių poreikių. Echolokacinių signalų stiprumas skiriasi įvairioms rūšims. Matuojant 10 cm atstumu prieš šikšnosparnį, jo skleidžiamo garso slėgis gali būti nuo mažiau kaip 60 dB iki 120 Db Veiksniai, turintys įtakos echolokacinių signalų stiprumui: Signalų stiprumui turi įtakos aplinka bei rūšies elgesys medžiojant. Be to, bent viena rūšis, Myotis emarginatus, keičia savo signalų stiprumą priklausomai nuo situacijos. Echolokacinių signalų skleidimas šikšnosparniui, esančiam ramybės būsenoje, ‘kainuoja’ daugiau kaip pusę jo skridimo metabolizmo sąnaudų! Tam kad medžioti sėkmingai, šikšnosparnis privalo: a) Pajusti/detektuoti aidą (atspindį) – signalą atsispindėjusį nuo objekto (taikinio); b) Nustatyti atstumą iki objekto (taikinio); c) Nustatyti aido (atspindžio) šaltinio kryptį; d) Išskirti objektą (taikinį) apibūdinančias savybes. Elektrogenezė ir elektrorecepcija Elektrogenezė yra įprastinių procesų specializacija, sukelianti elektrinį aktyvumą raumenų susitraukimo metu. Stiprius elektrinius signalus generuojančios elektrinės žuvys. Didelė elektros išeiga (galia) yra rezultatas: ląstelių membranų išsidėstymo, maksimaliai padidinančio elektros srovę ląstelės išorėje; daugelio ląstelių, sujungtų nuosekliai (padidėja įtampa) ir lygiagrečiai (didėja srovės stipris), sinchroninio veikimo; nedidelės membranos varžos. papildomų struktūrų, nukreipiančių elektros srovę (tokių kaip jungiamasis audinys išilgai elektrinio organo). Galingi elektriniai organai pagrindinai naudojami: aukai sugauti; priešams atbaidyti; bendrauti. Silpni elektriniai organai naudojami: orientuotis aplinkoje; bendrauti. Elektrinius organus sudaro daugybė of plokščių ląstelių, vadinamų elektroplokštelėmis (elektrocitais), kurios yra išdėstytos tvarkingomis eilėmis kai kurių žuvų šonuose. Elektrorecepcija yra jutimas, kurį turi kai kurie vandens stuburiniai. Tai sugebėjimas jausti silpnus elektrinius laukus vandenyje. Šį jutimą lemia elektroreceptoriai išsidėstę organizmo odoje. Elektrorecepcija naudojama tik vandens aplinkoje, kadangi čia aplinkos elektrinė varža yra pakankamai žema, tam kad galėtų tekėti elektros srovė, sukeliama biologinės kilmės elektrinių laukų. Ore aplinkos varža yra tokia didelė, kad biologinių šaltinių generuojami elektriniai laukai nesukuria žymios elektros srovės. Visi gyvūnai skleidžia elektrinius laukus, kuriamus kiekvieno raumens (tame tarpe ir širdies) susitraukimo. Ryklys turi specialius receptorius, išsidėsčiusius galvoje, kurie jaučia elektrinius laukus. Šie receptoriai gali padėti rykliui rasti žuvį, pasislėpusią po smėliu, aptinkant ją pagal jos širdies plakimo sukurtą elektrinį lauką. Ryklys šį jutimą taip pat panaudoja savo galvos ir nasrų padėčiai koreguoti, lemiamos atakos metu. Tai yra vienintelis ryklio jutimas, kurio mes neturime. Periferinės ląstelės, atsakingos už silpnų elektrinių gradientų registravimą, apibūdintos kaip elektroreceptoriai. Dauguma gyvūnų neturi elektroreceptorių, tačiau jie gali reaguoti į stiprius elektrinius impulsus, kurie neatrankiai (neselektyviai) veikia plikas nervų galūnėles, skausmo receptorius ar kitus jutimų organus. Yra du pagrindiniai elektrosensorinių sistemų tipai: Aktyvios sistemos; Pasyvios sistemos. Aktyvios elektrosensorinės sistemos naudoja elektrinio organo iškrovas kaip elektrinio lauko šaltinį. Pasyvios elektrosensorinės sistemos jaučia išorinių šaltinių kuriamus elektrinius laukus. Elektrinės žuvys naudoja savo elektros generavimo ir priėmimo sistemas tokioms funkcijoms atlikti kaip: Orientuotis drumstame vandenyje arba naktį; Potencialiems poravimosi partneriams surasti; Savo teritorijai apsaugoti nuo konkurentų; Pritraukti kitus tos pačios rūšies individus į spiečius. Elektroreceptoriai yra dviejų pagrindinių tipų: Ampulės; Gumbo. MECHANINĖS BANGOS, GARSAS Mechaninės bangos, sukeliančios žmogui garso pojūtį, vadinamos garso bangomis (akustinėmis bangomis). Akustikos pagrindai. Garso bangos kilmė . Garsas yra mechaninė banga: S=A cos[w(t – x/v)] Garsas yra išilginė banga – sklindančią bangą sudaro dalelių sutankėjimai ir išretėjimai. Skiriamos šios pagrindinės fiziologinės garso charakteristikos: Garsumas; Tono aukštis; Tembras. Garso stipris yra lygus energija/(laikas·plotas). Kadangi santykis energija/laikas apibūdina galią, intensyvumas yra galia, tenkanti ploto vienetui (galia/plotas). Garso stipris (intensyvumas) matuojamas vatais kvadratiniam metrui (W/m2). Mažiausias garso intensyvumas, kurį gali girdėti mūsų ausis, yra apie 10-12 W/m2. Didžiausias - 100 W/m2 (t.y., 1 W/m2). Šie du kraštutiniai atvejai vadinami atitinkamai girdos riba (slenksčiu) ir skausmo riba (slenksčiu). Vėberio-Fechnerio dėsnis nusako dirginimo ir išgyvenimo intensyvumo priklausomybę: kad jutimo stiprumas didėja kaip dirginimo stiprumo logaritmas: L(I) –L(I0) = K lg (I/I0). Psichofizika – mokslas apie fizinių dirgiklių parametrų ir dėl jų atsirandančių pojūčių pobūdžio kiekybinius sąryšius. E. Vėberis (E. Weber) padarė išvadą, kad skirtumas tarp dviejų vos skiriamų stimulų ∆I, pasiekiančių mūsų jutimo organus, priklauso nuo stimulo I, ir jų santykis yra pastovus dydis ∆I / I = const. Vėliau G. Fechneris (G. Fechner), remdamasis Vėberio dėsniu, išvedė logaritminį ryšį tarp stimulo I ir pojūčio L . Iš tikrųjų, esant pakankamai mažiems dydžio pokyčiams, dL = K dI / I. Iš čia išplaukia Vėberio – Fechnerio dėsnis: L(I) = K lg(I0/I) Ryšys tarp garso intensyvumo ir garsumo yra netiesinis. Padvigubėjus intensyvumui, garsumas nepadvigubėja. Tam kad garsumas padvigubėtų, intensyvumas turi padidėti 10 kartų, arba 10 dB [10 x log10 (10) = 10 x 1 = 10 dB]. Tai vadinama 10 dB taisykle. 10 dB taisyklė reiškia, kad 70 dB signalas yra du kartus garsesnis už 60 dB signalą, keturis kartus garsesnis už 50 dB signalą, aštuonis kartus garsesnis už 40 dB signalą, ir t. t. Suvokiamas garso stiprumas (garsumas) priklauso nuo: Dažnio (S); Kitų garsų buvimo (S); Trukmės (L); Adaptacijos (L). Šie veiksniai gali būti suskirstyti į Spektrines ir Laikines garsumo charakteristikas, pažymėtas kaip’S’ it ’L. Triukšmingoje aplinkoje garsas, kuris tylioje aplinkoje atrodė stiprus, staiga pasirodo besąs gana tylus. Tai vadinamasis maskuojantis efektas. Maskuojantis efektas priklauso nuo dažnio, ausies fiziologijos bei garso stiprumo. Svarbu atsiminti, kad stipresnis garsas ‘paslėps’ tam tikrų dažnių tylesnius garsus. Suvokiamas garso stiprumas taip pat priklauso nuo garso trukmės: Trumpus, silpnus garsus sunku išgirsti; Tačiau trumpi, didelės amplitudės garso impulsai gali būti‘skausmingi’. Dar vienas garso požymis, kurį skiria žmogaus ausis, yra tono aukštis. Garsas, atitinkantis vieno dažnio virpesius, vadinamas tonu. Garso požymis, kurį lemia virpesių dažnis, vadinamas tono aukščiu. Dažnai susiduriame su sudėtingais garsais, kuriuose negalima atskirti atskirų tonų. Tokius garsus vadiname triukšmu. Kaip ir su garso stiprumu, yra keletas veiksnių, turinčių įtakos tono aukštumo suvokimui. Tai: 1) Dažnių diapazonas (Range) 2) Garso intensyvumas - garsumas! 3) Trukmė 4) Judėjimas 5) Spektro dedamosios/komponentės Tono aukštumo suvokimas priklauso nuo garso stiprumo. Tono aukštumas priklauso nuo garso trukmės. Garso trukmė turi būti maždaug 100 ms eilės, kad mes galėtume suvokti tam tikrą tono aukštumą. Stebėtojo priimamos bangos virpesių dažnio (bangos ilgio) kitimas, bangų šaltiniui ir stebėtojui suartėjant arba nutolstant, vadinamas Doplerio efektu. Garso požymis, iš kurio galime spręsti apie jo šaltinį, vadinamas tembru. Kiekvienas garso šaltinis kuria stovinčias bangas. Pvz., styga virpa kaip vienas kūnas ir skleidžia tam tikrą toną, kurį vadiname pagrindiniu tonu. Papildomi garso šaltinio tonai vadinami aukštesniosiomis harmonikomis, arba virštoniais (obertonais). Virštoniai visada būna aukštesni už pagrindinį toną, jų dažniai yra pagrindinio tono dažnio kartotiniai. Kiekvienas garso šaltinis skleidžia skirtingus obertonus – skiriasi jų: skaičius; dažniai; garsumas. Jutimo/sensoriniai receptoriai: Chemoreceptoriai: ragavimas (skonis), uostymas (kvapas); Mechanoreceptoriai; Fotoreceptoriai; Termoreceptoriai; Elektroreceptoriai. Mechanoreceptoriai gali pajusti: Prisilietimą; Spaudimą; Tempimą; Garsą; Žemės trauką. Atspindys nuo banginės varžos netolydumų: A. Iš didelio greičio į mažo greičio (iš mažo tankio į didelio tankio); B. Iš mažo greičio į didelio greičio (iš didelio tankio į mažo tankio). Garso slėgis p priklauso nuo aplinkos dalelių svyravimo greičio v: p = ρcv ρ – aplinkos tankis, c – garso greitis aplinkoje. Dydis ρc vadinamas bangine varža. Ausis • Klausa: Garso bangos virpina skystį ir stimuliuoja klausos receptorius. • Pusiausvyra: Galvos judėjimas judina skystį, supantį pusiausvyros organą, ir stimuliuoja pusiausvyros receptorius. Garso bangos yra oro (skysčio ar kieto kūno) sutankėjimai ir išretėjimai. Jas sukelia virpantys objektai. Garso bangos sklinda oru (skysčiu ar kietu kūnu). Klausos organais pajuntame tas bangas ir suvokiame kaip garsą. Išorinės ausies sandara: Kaušelis - Į kriauklę panašus organas, kurio pagrindą sudaro oda padengta kremzlė. Nukreipia garsą į išorinę klausomąją landą. Išorinė klausomoji landa: Trumpa (2.5 cm) landa, kuri baigiasi būgneliu. Būgnelis : Riba tarp išorinės ir vidurinės ausų. Vidurinės ausies sandara: Dvi angos: ovalinis, apvalus; Ausies trimitas jungia vidurinę ausį su rykle ir išlygina oro slėgį ausies viduje ir išorėje; Trys klausomieji kauliukai, Būgninė ertmė. 3 mažiausi kaulai kūne: Plaktukas – Pritvirtintas prie būgnelio; Priekalas; Kilpa (Stapes) Pritvirtinta prie ovalinio langelio. Vidurinės ausies (klausomųjų kauliukų) paskirtis: 1. Sustiprinti ateinančias garso bangas. 2. Suderinti išorinės ausies (oras) ir vidinės ausies (skystis) bangines varžas. 3. Keisti jautrumą. Klausomieji kauliukai veikia kaip svertų sistema, kuri 1,5-2,5 karto padidina būgnelio sukeltus virpesius. Be to, ovaliojo langelio membranos plotas yra 8-10 kartus mažesnis už būgnelio plotą. Garsas sustiprinamas nuo 10 iki 25 kartų (8-10 x 1,5-2,5). Vidurinė ausis, perduodama garsą iš išorinės į vidinę, sustiprina jį 28 dB! Plėvinis labirintas: Membraniniai maišeliai viduje kaulinio labirinto. Jis apsuptas ir plūduriuoja kaulinio labirinto perilimfoje. Užpildyti skaidriu skysčiu – endolimfa. Panaši į viduląstelinį skystį Perilimfa ir endolimfa praleidžia garsą ir reaguoja į mechanines jėgas, atsirandančias keičiantis kūno padėčiai. Sraigė: Spirale susukto vamzdelio formos vidinės ausies dalis. Sraigėje yra trys kanalai: prieangio, būgninis ir sraiginis kanalas. Du kanalai, besitęsiantys per visą jos ilgį, užpildyti perilimfa, o trečiasis – sraiginis latakas – endolimfa. Sraiginio kanalo apatinėje sienelėje, ant bazalinės (pamatinės) mebranos, išsidėsčiusių plaukuotųjų ląstelių plaukelius gaubia drebutinė medžiaga, vadinama dengiančiąja membrana. Šios plaukuotosios ląstelės, drauge su kitomis struktūromis sudarančios spiralinį (Kortijaus) organą, jungiasi su klausos nervo skaidulomis. Klausos (sraigės) nervas nervinius impulsus perduoda į galvos smegenis. Spiralinis organas: Spiralinis organas pradžioje yra siauras, bet į sraiginio kanalo galą išplatėja. Kiekviena jo dalis yra jautri skirtingo dažnio bangoms. Spiralinio organo viršūnė priima žemo dažnio bangas, o pamatas reaguoja į didesnio dažnio garsus. Nervinės skaidulos iš kiekvienos spiralinio organo dalies nueina į šiek tiek skirtingas smegenų dalis. Suvokiamas garso aukštis priklauso nuo to, kuri pamatinės membranos dalis vibruoja ir kuri smegenų dalis yra dirginama. Kaip veikia ausis: 1. Garso bangos (oro virpesiai) pasiekusios ausį, kaušelio yra nukreipiamos į išorinę klausomąją landą, kurią praėję pasiekia ausies būgnelį. 2. Garso bangos priverčia virpėti būgnelį. 3. Centrinė būgnelio dalis sujungta su plaktuku, kuris taip pat pradeda vibruoti. Ši vibracija per priekalą persiduoda kilpai Klausomieji kauliukai virpesius sustiprina apie 25 kartus. 4. Kilpa virpėdama judina ovalinį langelį. 5. Ovaliojo langelio virpesiai sukelia perilimfos bangavimą prieangyje. 6. Perilimfos bangos prieangio laiptuose sukelia endolimfos bangavimą sraiginiame latake (kanale). 7. Slėgio bangos iš prieangio kanalo per pamatinė membraną sklinda ir į būgninį, todėl apvalusis langelis išsipučia. 8. Pamatinei mebranai (basilar membrane) judant aukštyn ir žemyn, plaukuotųjų ląstelių plaukeliai, panirę į dengiančiąją membraną, nulinksta. Plaukelių judėjimas stimuliuoja neuronų dendritus ir garso bangos paverčiamos nerviniais impulsais. 9. Nerviniai impulsai klausos nervu toliau keliauja į smegenų kamieną. Galiausiai impulsai pasiekia galvos smegenų smilkinines skiltis, kur jie suvokiami kaip garsas. Pamatinės membranos poslinkis yra labai mažas. Normalaus pokalbio metu sukeliamas garso slėgis ore yra apie 0,02 N/m2 (60 dB). Pamatinės membranos poslinkis, atitinkantis šį garsą, yra tik dešimčių nanometrų eilės! Spiralinis organas: tono aukščio suvokimas. Vidinės ir išorinės plaukuotosios ląstelės: Aferentinės skaidulos - aksonai, kurie neša informaciją iš sensorinių organų į CNS. Eferentinė skaidula - aksonas, kuris perduoda informaciją iš CNS į periferiją. Skiriamos dvi jo sensorinių ląstelių rūšys: trimis eilėmis išsidėsčiusios išorinės plaukuotosios ląstelės ir viena eile einančios vidinės plaukuotosios ląstelės. Žmogus turi apie 3 500 vidinių ir apie 12 000 išorinių plaukuotųjų ląstelių. Nors išorinių plaukuotųjų ląstelių yra daugiau nei vidinių plaukuotųjų ląstelių, tačiau apie 90% iš 33 000 klausos nervo skaidulų įnervuoja vidines plaukuotąsias ląsteles. Iki 20 aferentinių skaidulų konverguoja ant vienos vidinės plaukuotosios ląstelės. Be aferentinės inervacijos yra ir eferentinė. Eferentinės skaidulos įnervuoja išorines plaukuotąsias ląsteles. Vidinių plaukuotųjų ląstelių pagrindinė paskirtis: siųsti garsinį-elektrinį signalą į CNS. Išorinių plaukuotųjų ląstelių paskirtis yra susijusi su akustinio signalo perdavimo moduliacija. Jos siunčia signalus į CNS, bet taip pat ir priima signalus iš CNS. Priimdamos iš CNS signalus, jos yra aktyvinamos ir dėl to keičiasi šių ląstelių dydis, o tuo pačiu ir viso Corti organo mechanika. Klausos savybės: krypties įvertinimas. Žmogus gali fiksuoti kryptį į garso šaltinį 3o tikslumu. Tai atitinka 6o fazių skirtumą tarp dviejų bangų. Briedžio ragai gali veikti kaip garsų parabolinis reflektorius. Briedžio ragų mentės gali būti efektyviu, paraboliniu reflektoriumi, didinančiu ateinančio garso slėgį. Pusiausvyros sistema (vestibulinis aparatas). Kūno pusiausvyrai ir padėčiai erdvėje nustatyti yra svarbios trys sensorinės sistemos: 1. Pusiausvyros jutimo sistema, juntanti galvos padėtį ir judėjimą; 2. Regos sistema, stebinti aplinkos vaizdą; 3. Somatosensorinė sistema, priimanti signalus iš proprioreceptorių (raumenų ir sausgyslių receptorių) ir odos receptorių. Pusiausvyros sistema susideda iš penkių dalių: 1. Trijų plėvinių pusratinių latakų (kanalų); 2. Dviejų maišelių. Pusiausvyra Pusiausvyros jausmas susideda iš dviejų rūšių jutimų: 1. Dinaminės pusiausvyros, susijusios su kampiniais ir/arba sukamaisiais galvos judesiais; 2. Statinės pusiausvyros, susijusios su galvos judesiais vienoje plokštumoje, vertikaliai ar horizontaliai. Dinaminė pusiausvyra. Trys pusratiniai latakai yra maždaug statmeni vienas į kitą, todėl gali pajusti kampinį pagreitį visomis kryptimis: Priekiniai latakai - Supaprastintai galima įsivaizduoti, kad jie junta galvos linktelėjimą, kai sakome “taip“. Horizontalieji latakai - Junta galvos judėjimą, kai purtome galvą sakydami “ne”. Užpakaliniai latakai - Junta galvos judėjimą kūno plokštumoje. Pusratiniai latakai (kanalai). Pusratinių latakų plaukuotosios ląstelės yra susitelkusios kiekvieno latako paplatėjimo (ampulės) (lot. ampulla) į vidų išsikišusioje skiauterėje. Drebučių konsistencijos skiauterės viršūnėje yra įsiterpę plaukuotųjų ląstelių plaukeliai. Pusiausvyra. Kadangi yra trys vienas kitam statmeni pusratiniai kanalai, kiekviena ampulė reaguoja į galvos pasukimą skirtingoje plokštumoje. Pasukus galvą, pusratiniame kanale esantis skystis pajuda ir pajudina kupulą, plaukuotųjų ląstelių plaukeliai palinksta, ir pakinta prieangio nervo į smegenis perduodamų nervinių impulsų pobūdis (dažnis). Kampinio pagreičio jutimas. Kampinis pagreitis atsiranda sukant galvą apie ašį. Sukimosi greičiui didėjant (teigiamas pagreitis), endolimfa dėl inercijos atsilieka; Sukimosi greičiui mažėjant (neigiamas pagreitis), - endolimfa kurį laiką toliau juda ta pačia kryptimi. Endolimfos judėjimą pusratiniame latake pajunta plaukuotosios ląstelės, susitelkusios ant latako skiauterės. Endolimfa negali laisvai judėti aplink, nes jai kelią pastoja lataką pertverianti drebučių konsistencijos skiauterės viršūnė (kupula), į kurią yra įsiterpę plaukuotųjų ląstelių plaukeliai. Kampinio pagreičio jutimas. Vienos galvos pusės pusiausvyros organas yra veidrodinis kitos pusės organo vaizdas. Abiejų pusių pusratiniai latakai funkcionuoja poromis. Pvz., abu horizontalieji latakai yra toje pačioje plokštumoje ir junta sukimąsi apie vertikaliąją ašį. Sukant galvą į kairę, endolimfa abiejuose horizontaliuosiuose latakuose dėl inercijos juda į dešinę latakų sienelės atžvilgiu ir lenkia plaukuotųjų ląstelių plaukelius. Abiejų horizontaliųjų latakų plaukuotųjų ląstelių kinocilijos yra nukreiptos į nosies pusę, todėl kairėje pusėje plaukeliai lenkiami kinocilijų link ir sukelia ląstelių depoliarizaciją, o dešinėje pusėje lenkiami nuo kinocilijų ir sukelia hiperpoliarizaciją. Pusratiniai latakai (kanalai) Dinaminė pusiausvyra. Sukamasis judesys. Nervinių impulsų iš kairiojo horizontaliojo latako daugėja, o iš dešiniojo – mažėja. CNS vertina šią informaciją kaip galvos sukimąsi į kairę. Balkšvoji (pilkšvoji) dėmė. Pailgojo maišelio pilkšvosios dėmės ląstelių plaukeliai yra įsiterpę į virš jų esančią drebučių konsistencijos statokonijų membraną. Tiesinio pagreičio jutimas. Pailgojo maišelio pilkšvosios dėmės ląstelių plaukeliai yra įsiterpę į virš jų esančią drebučių konsistencijos statokonijų membraną. Šioje membranoje yra kalcio karbonato kristalų - statokonijų (otolitų), kurie didina membranos masę. Keičiant galvos padėtį, pvz., palenkus į kurią nors pusę, statokonijų membrana dėl savo masės pasislenka, todėl plaukeliai lenkiami ir ląstelėse sukeliami potencialo pokyčiai. Galvai įgaunant tiesinį pagreitį (pvz., pradedant važiuoti automobiliu ar jį stabdant), posinkiai sukeliami dėl endolimfos ir statokonijų membranos inercijos. Judant vienodu greičiu, endolimfos ir statokonijų greičiai išsilygina. Tiesinio pagreičio jutimas. Apvalusis maišelis veikia panašiai kaip pailgasis. Skirtumas – apvaliojo maišelio dėmė yra vertikali, todėl ląstelės yra jautrios vertikaliajam pagreičiui, pvz., atsirandančiam kylant ar leidžiantis liftu. Vestibiuliarinis aparatas ir alkoholis. Alkoholis patenka į endolimfą → kupula vis dar ‘sunki’ Alkoholis yra mažesnio tankio nei endolimfa todėl kupula tampa lengvai sužadinama Kambarys pradeda suktis Alkoholis prasiskverbia į kupulą → toks pat tankis kupuloje ir endolimfoje. Kambarys nustoja suktis. Alkoholis pasišalina iš endolimfos bet ne iš kupulos todėl sukimasis vyksta į kitą pusę. Kambarys pradeda suktis į priešingą pusę. Rega Šviesos atspindys. Šviesa atsispindi nuo objekto paviršiaus ir patenka į akį, čia verčiama į elektrinį signalą, kuris vėliau apdorojamas smegenyse. Alhazen-as pirmasis teigė, kad akys pasyviai priima šviesą, atsispindėjusią nuo objektų, o ne pačios skleidžia šviesos spindulius Matymas abiem akimis vadinamas abiakiu - binokuliariniu – regėjimu. Kiekvienoje akyje susidaro po atskirą matomo daikto atvaizdą, CNS centruose jie sumuojami ir matomas vienas daiktas. Daikto atstumo įvertinimas susijęs su abiakiu regėjimu: a) Fiksuojant žvilgsnį į kokį nors objektą, tolimesni ir artimesni objektai dvigubinasi; b) Perkeliant žvilgsnį iš artimų objektų į tolimesnius, keičiasi žiūros linijų kampas (konvergencija, divergencija), t. y. abiakis paralaksas. Žiūrint iš nedidelio atstumo, įsijungia ir akomodacijos aparatas, t.y., fiksavus žvilgsnį į kokį nors objektą, toliau ar arčiau esantys daiktai atrodo neryškiai. Tolimiems atstumams įvertinti (>1000 m) abiakis paralaksas jau nebeturi įtakos, nes žiūros linijos praktiškai yra lygiagretės. Tuomet atstumas įvertinamas pagal daikto dydį ir jo santykį su kitais aplink jį esančiais daiktais. Objekto dydis tinklainėje leidžia mums įvertinti atstumą iki objekto, remiantis mūsų patirtimi ir žiniomis apie objektą. Jei objektas artėja iš toli (>1000 m), tuomet tinklainėje jo vaizdas didėja ir pats objektas atrodo didėjantis. Kai atstumai nedideli (

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!